湖北大冶曹家湾矿区硅灰石矿床地质特征及找矿方向

余兴江，聂振邦，赵 帆，李文涛，姜明宇

(1.湖北省地质局第一地质大队，湖北 大冶 435100；2.湖北省地质局第四地质大队，湖北 咸宁 437000)

硅灰石是一种天然产出的钙的偏硅酸盐类矿物[CaSiO3]，具有优异的物化特征和工艺性能，主要应用在陶瓷、塑料、油漆、涂料、冶金、电焊条等方面，在节约能源、降低成本方面具有独特优势，市场活力及潜力巨大[4-5]。近年来湖北地质一队在曹家湾一带阳新岩体与二叠系茅口组接触带中，发现中型硅灰石矿床一处，取得重大找矿突破。本文通过分析曹家湾硅灰石矿床成矿条件，对比成矿特征，研究成矿规律，探讨其找矿标志及找矿方向，为阳新岩体周边开展硅灰石找矿工作提供参考，以期取得更大的找矿突破。

1 区域地质背景

阳新岩体位于鄂东南三角形构造岩浆区的中心部位，毛铺—两剑桥断裂带北侧。岩体出露总面积约229km2，为鄂东南地区规模最大的岩体。岩体平面上总体呈北西向展布，由南东向北西侵位于殷祖—筠山复背斜核部，其西北段侵入大冶湖向斜南翼。岩体主岩性为石英闪长岩，其次为石英闪长玢岩、石英二长闪长岩等，为燕山中晚期被动侵位的壳幔同熔型岩浆岩[2]。

阳新岩体接触带围岩地层从寒武系至白垩系均有出露。岩体南缘多与志留系碎屑岩接触，局部与寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系碳酸盐岩接触；而岩体北缘则多与石炭系、二叠系、三叠系碳酸盐岩接触，偶见有与泥盆系碎屑岩和二叠系硅质岩等呈零星接触。

阳新岩体与围岩地层的接触带总长约112km(不包括捕虏体接触带)，沿接触带及附近分布铜绿山、鸡冠嘴和桃花咀等大型矽卡岩铜金(铁)矿床以及阮家湾、龙角山和付家山等中—大型矽卡岩钨铜钼矿床等。此外，近年来还发现有一些非金属矿床，如冯家山大型硅灰石(铜)矿床、曹家湾中型硅灰石矿床、下马林小型硅灰石矿床、马石头小型硅灰石矿床、高椅山小型硅灰石(铜)矿床等。各类铜多金属矿床(点)约70余处(图1)。

图1 阳新岩体周边地层及矿产略图[2]

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区内出露的地层除第四系外主要有中志留统砂页岩、中石炭统、二叠系、下三叠统碳酸盐岩。由于岩浆岩的侵入活动，区内的碳酸盐岩多已变质成大理岩或白云质大理岩，接触带附近岩石普遍具矽卡岩化[1]。其中中二叠统茅口组含燧石结核灰岩为与硅灰石成矿较为密切的地层(图2)。

2.2 构造

区内总体构造为黄皮山—曹家湾倒转背斜，长度大于2km，轴向290～310°，核部为中志留统坟头组，两翼由中石炭统大埔组—下三叠统大冶组组成。北东翼地层出露不全，南西翼地层倒转，倾向北、北北东，倾角约40°，北东翼地层正常，倾向北，倾角50～65°。老林湾向斜位于黄皮山—曹家湾倒转背斜南部，向斜轴部位于老林湾、石灰岭至叶花香南部一带，轴向北西西—南东东。核部地层为三叠系大冶组，两翼由二叠系地层组成。北翼较完整，南翼及核部地层受岩体侵入破坏，缺失部分地层[1]。

2.3 岩浆岩

区内出露的侵入岩主要为燕山早期侵入的石英正长闪长岩。岩体分布于矿区南、北部，为阳新岩体西北段北缘，属中深成相中酸性石英正长闪长岩体。岩体与围岩接触带呈锯齿状，接触面不平整，波状起伏(图3)。近围岩接触带暗色矿物明显增多，并伴有矽卡岩化、绢云母化等现象。岩石呈灰—深灰色，局部因钾化而呈微肉红色，具半自形中—细粒结构，块状构造。主要矿物成分：奥—中长石60%左右，呈自形粒状，粒径0.5～2mm，具环带状构造，常被蒙脱石、绢云母等轻微交代；角闪石15%，呈柱状，横截面为菱形，常被碳酸盐、绿高岭石交代；石英8%～10%，呈他形充填于斜长石矿物之颗粒间隙；常见的副矿物有榍石、锆石、磷灰石、磁铁矿、绿帘石、绿泥石等，含量低微[1]。

岩石具半自形粒状结构，局部见似斑状结构，依据石英正长闪长岩的岩石化学成分组成特点(表1)，表明区内石英正长闪长岩属富含铝的中性钙碱性岩石[1]。

2.4 蚀变矿化

区内岩石蚀变广泛发育，蚀变类型有热接触变质作用产生的大理岩化、角岩化；接触交代作用形成的矽卡岩化以及热液蚀变作用导致的蚀变，但蚀变矿化与围岩岩性及岩体侵入部位特征有密切关联。

表1 石英正长闪长岩主要岩石化学成分

(1)矽卡岩化：本区矽卡岩的岩石类型有石榴石矽卡岩、透辉石矽卡岩、石榴石透辉石矽卡岩、透辉石石榴石矽卡岩、金云母透辉矽卡岩、金云母矽卡岩、硅灰石矽卡岩、透辉石石榴石硅灰石矽卡岩、硅灰石石榴石矽卡岩等，本区铜、铁、金等矿化主要与矽卡岩化有关，其中硅灰石矽卡岩则形成硅灰石矿体。

硅灰石岩(矿)主要受二叠系地层接触带中的矽卡岩控制，矽卡岩类型有硅灰石(石榴子石)矽卡岩、透辉石石榴子石硅灰石矽卡岩、石榴子石硅灰石矽卡岩等。硅灰石(石榴子石)矽卡岩：浅灰白色、白色、局部棕褐色，柱状结构、细粒结构，交代结构，块状构造。矿石矿物为硅灰石(60%～65%)，脉石矿物为石榴子石(25%)，少量透辉石(5%)、石英(5%)。硅灰石，色泽为白色，长柱状或针柱状集合体形态产出，呈致密块状。矽卡岩矿物(石榴子石、少量透辉石)主要呈团块状、斑团状与硅灰石矿物紧密结合分布。

(2)大理岩化：区内C2h、P及T1的碳酸盐岩地层由于受岩浆岩侵入的热力作用影响，岩石发生褪色、重结晶作用，石灰岩变质为中细粒大理岩，白云岩变质为白云石大理岩，近接触带大理岩化最强，向外减弱。

(3)钾长石化：主要分布在石英正长闪长岩受含矿热液影响的近接触带附近，表现为钾长石交代斜长石，使灰白色斜长石变为淡红色，呈脉状、不规则团块状，铜、金矿化与之有关。

(4)硅化：也是一种最普通、最广泛的热液蚀变，表现形式有两种：①硅质呈粒径小于0.5mm的他形粒状微晶或较粗的粒状集合体交代，常伴有碳酸盐化；②呈脉状石英充填裂隙。

3 矿床地质特征

3.1 矿体形态及规模

区内硅灰石矿体赋存于距离阳新岩体石英正长闪长岩与茅口组含燧石结核灰岩接触带50～-300m的硅灰石(石榴子石)矽卡岩中，深部下接触带-1 000m，仍有零星矿体稳定出露。含矿围岩为硅灰石矽卡岩，矿体呈透镜状、似层状，少部分呈团块状等，含矿率一般30%～60%，最高达66%。

矿体的有利赋存部位是含燧石结核灰岩，矿体明显受地层控制，其产状与围岩一致，走向北西，倾向北东40～60°，倾角40～50°。经勘探工程揭露，已圈出大小矿体32个(图3)，矿体最大走向520m，一般在100～250m；厚度多在1.2～31m，主矿体厚2～31m。矿体厚度变化系数最大为126%，最小为10%，多在23%～71%之间，属不稳定型(表2)[1]。

3.2 矿石类型

根据矿石中的主要矿物组合、结构、构造等特征，区内的硅灰石矿石划分为矽卡岩型矿石。

3.3 矿石结构、构造、共生关系

结构构造：矿石具粗晶结构、块状构造，局部由于结晶不均匀，常形成斑杂状及团块状构造，呈针状、柱状、板柱状等自形粗晶，聚集成扇形、放射状等集合体。

矿物共生关系：组成各矿体的矿石主要为硅灰石矿石，矿石中与硅灰石关系密切的有石榴子石、透辉石，其次有石英、方解石等。从石英正长闪长岩到围岩，矿物水平分布规律表现为：石英—石榴子石—透辉石—硅灰石—透辉石—石榴子石型。

3.4 矿石的矿物成分

矿石的矿物成分主要为硅灰石、石榴子石、透辉石、方解石、石英、透闪石，鲜见黄铁矿、黄铜矿等金属硫化物，主要矿物为硅灰石、方解石、石英、透辉石。硅灰石呈乳白色，玻璃光泽，半透明，硬度4.5～5.5，比重2.92，晶体多呈长柱状、纤维状、放射状集合体。

3.5 矿石的化学成分

硅灰石矿石中SiO2含量为32.06%～62.84%，CaO含量为26.90%～46.33%，已符合一般工业利用要求。矿石中含有一定数量的Fe2O3、FeO、MgO、Al2O3等成分。

为便于与区内同类型硅灰石对比，将化学成分列表3分析，本区硅灰石质量与湖北下马林、冯家山、马石头、面前山等地相似[7-10]。

表3 曹家湾硅灰石化学成分与湖北大冶地区硅灰石对比

4 矿床成因

硅灰石矿床主要物质来源分别来自下二叠统茅口组含燧石结核灰岩地层与阳新岩体。其中CaCO3来自于茅口组含燧石结核灰岩，SiO2则来自于阳新岩体及栖霞组地层中燧石条带。早期矽卡岩阶段，在高温条件下，发生化学反应，形成硅灰石(CaSiO3)：

下二叠统地层的含燧石结核灰岩富含CaCO3与SiO2，在阳新岩体侵入后，富含SiO2的岩浆热液在高温条件下与围岩中CaCO3与SiO2发生交代作用，形成硅灰石(CaSiO3)矿体。其接触交代型矽卡岩型硅灰石矿成矿过程中的石英和方解石均由含燧石结核灰岩提供，层控特征明显；矽卡岩型硅灰石矿床成矿过程中的硅由侵入岩浆提供，并通过SiO2交代作用参加造矿[3]。

据钻孔揭露硅灰石矿层资料，各矿体厚度与矽卡岩的发育厚度有关，矽卡岩厚度越大，矿体的厚度也越大，反之，矿体厚度则较薄或尖灭，矿石质量变差趋势，主矿体(Ⅰ矿体)一般在标高+50～-350m厚度较稳定，质量较好，这与形成硅灰石过程中岩浆岩侵入有着密切关联，它不仅为成矿物质的交代、矿物的重新组合提供了气液的热力来源，还带来部分SiO2物质，宏观上控制了特定地层中硅灰石矿的形成和产出部位。

5 找矿方向

受勘查阶段限制，矿区内工作程度仍相对较低，探矿工程对矿体的控制程度较为有限，从目前的认识来看，矿体沿走向、倾向方向的延伸仍未完全控制，上、下两段矿体是否为同一厚大矿体的分枝等问题仍有待进一步探索，矿体规模仍有进一步扩大的潜力。因此，接下来沿本次已发现的矿体边深部继续布设探矿工程，沿矿体走向、倾向展开进一步追索工作，进一步查明矿体产出规模，以求继续扩大矿体规模。

曹家湾矿区位于阳新岩体北缘接触带上，硅灰石矿体主要产于阳新岩体与二叠系茅口组含燧石结核灰岩接触带的矽卡岩中。位于阳新岩体南缘接触带的下马林硅灰石矿床，其矿体产于阳新岩体与二叠系栖霞组含燧石结核灰岩接触带的矽卡岩中，成因与本区类似。因此，阳新岩体周边，在岩体与二叠系含燧石结核灰岩围岩相接触的部位，具有较大的潜力。